[发明专利]一种GaN外延晶片界面热阻的测量方法以及装置

说明书

本发明公开了一种GaN外延晶片界面热阻的测量方法以及装置，包括以下步骤：发射紫外脉冲激光；发射连续激光；将紫外脉冲激光扩束；将紫外脉冲激光与连续激光进行合束共轴；两束激光汇聚到待测GaN外延晶片上；接收从待测GaN外延晶片表面反射回来的光信号；根据光热效应，通过所述光信号的变化强度评估GaN外延晶片表面温度的变化，得到瞬态热反射曲线；通过拟合程序拟合来获得待测GaN外延晶片界面热阻。本发明将加热激光设定为波长为355nm的紫外脉冲激光，探测激光设定为波长为325nm的连续激光，并进行共轴操作，以解决现有的瞬态热反射法测量GaN外延晶片界面热阻需要在GaN表面加镀金属薄膜或者进行器件加工的问题。

技术领域

本发明涉及到半导体材料界面热阻测量技术，特别是涉及一种GaN外延晶片界面热阻的测量方法以及装置。

背景技术

宽禁带半导体材料（Eg大于或等于2.3eV）被称为第三代半导体材料，主要包括SiC、GaN、金刚石等，具有禁带宽度大，电子漂移饱和速度高、介电常数小、导电性能好的特点，在大功率器件等领域，GaN外延宽禁带半导体材料的使用越来越广泛，其热管理问题日益明显，即GaN高功率器件在工作状态下于栅极附近产生的余热无法及时扩散出去，导致器件结温升高，影响输出功率，缩短使用寿命。其中GaN层与衬底层之间存在过渡层或成核层，以及 GaN层与衬底层之间晶格失配等因素都导致界面热阻存在，由此影响器件内部散热。因此如何快速准确的对界面热阻进行表征成为了关键。

为解决上述问题，现有的测量宽禁带半导体材料界面热阻的方法有三种，第一种是拉曼光谱法，拉曼光谱热测量法在所要研究的GaN材料体系是很常用的，其原理是通过拉曼峰移来评估器件温度变化，但是拉曼光谱热测量法需要的是基于制备好的器件，热学测试过程成本高，不能在晶圆材料层面实现快速测量，周期长；第二种是时域热反射法，时域热反射法是一种基于超快激光的抽运-探测测量技术，其主要用于测量100 nm以内的薄膜热导率。该方法所需的飞秒激光器价格昂贵，数据采集耗时较长，需要在样品表面镀一层金属薄膜作为换能器用来吸收和检测，且该金属换能薄膜厚度和导热性质的不确定性会造成测量误差；第三种是瞬态热反射法，瞬态热反射法是基于光热效应，即被测样品表面反射率的相对变化和表面温度的变化之间在一定温度范围内呈线性关系，采用抽运-探测法对被脉冲激光加热后的样品表面反射率的变化进行实时测量，用来评估表面温度的瞬时变化，所得的表面反射率随时间变化的曲线被称为瞬态热反射曲线，最后通过模型与实验曲线的拟合来得到被测样品的界面热阻。但目前该方法所使用的探测激光和加热激光均为可见光或者红外光，可以穿透待测的GaN外延晶片，仍需要金属镀膜用来加热和检测，缺点与时域热反射法类似。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供GaN外延晶片界面热阻的测量方法以及装置，旨在基于瞬态热反射法的基础上，把加热激光设定为波长为355nm的紫外脉冲激光，把探测激光设定为波长为325nm的连续激光，并对加热激光和探测激光进行共轴操作，以解决现有的瞬态热反射法测量GaN外延晶片界面热阻时需要在GaN外延表面加镀金属薄膜或加工器件的问题，实现GaN外延晶片界面热阻的快速无损测量，装置简便，操作简单，结果准确。

为解决上述问题，本发明的技术方案如下：

一种GaN外延晶片界面热阻的测量方法，包括以下步骤：

发射紫外脉冲激光，所述紫外脉冲激光用于对待测GaN外延晶片加热；

发射连续激光，所述连续激光作为探测激光；

将紫外脉冲激光扩束；

将紫外脉冲激光与连续激光进行合束并共轴；

紫外脉冲激光与连续激光汇聚到待测GaN外延晶片上；

接收从待测GaN外延晶片表面反射回来的光信号；